高碳石煤釩礦動態焙燒對釩、鋁、鉀浸出性能的影響研究

張登高，蔣訓雄，范艷青，汪勝東，馮林永，蔣 偉，劉 巍

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

石煤通常按照其發熱量的高低分為三類，即Q=3 200～4 800 kJ/kg為低熱值石煤，Q=4 800～12 000 kJ/kg為中熱值石煤；Q≥12 000 kJ/kg為高熱值石煤[1]。

入爐石煤的發熱量能保持在4 000 kJ/kg左右，即碳含量12%左右，碳的賦存狀態主要為炭質，其他含量甚微，炭質易于燃燒，此時汽輪機組負荷率就可達到98%。湖南某石煤發電公司高碳石煤含碳為14.7%，屬于中熱值石煤，易于燃燒且熱效率較高。目前，從石煤發電爐渣和飛灰中提取釩及鋁、鉀已有較多的研究[2-7]。本文以高碳石煤為原料模擬石煤發電，即通過動態焙燒考察不同碳利用率時釩、鋁、鉀的浸出性能。

1 試驗原料

石煤原礦為炭質巖系釩礦石，碳含量14.7%，絕大部分炭質為結晶較差的無定型碳，少量以結晶較好的石墨形式存在。其他元素釩含量0.52%，鋁含量1.32%，鉀含量0.32%，主要成分含量如表1所示。

表1 高碳石煤礦化學分析主要元素含量

2 試驗結果及討論

高碳石煤流態化焙燒礦樣需要破碎對輥至粒度小于8 mm，具體粒度分布為2 mm以下占40.44%，2～5 mm占40.85%，5～8 mm占18.71%。

實驗室小試為保證原料的均勻性，處理后的試驗原料粒度-80目占58.29%，-200目占44.1%，-400目占35.37%。

2.1 焙燒溫度的影響

焙燒條件：試驗原料分別在焙燒時間30 min、60 min時，考察不同焙燒溫度下碳的利用率，試驗結果如圖1所示。

浸出條件：焙砂粒度-200目占100%，液固比L:S=4:1，浸出時間6 h，浸出溫度95℃，硫酸溶液2 mol/L，考察焙砂中釩、鋁、鉀金屬的浸出行為。試驗結果如圖2所示。

圖1 焙燒溫度對高碳石煤釩礦的影響

由圖1可知，高碳石煤礦燒失率及碳的利用率均隨著焙燒溫度的升高而增加。時間60 min和時間30 min的燒失率曲線和碳利用率曲線隨著溫度升高逐漸接近，說明焙燒溫度低時，時間對焙燒效果有明顯的影響，焙燒溫度高時，時間的影響效果減弱不明顯。

其中，在時間60 min、溫度750℃時，碳的利用率為89.93%，溫度950℃時，碳的利用率可達98.81%。時間30 min、溫度850℃時，碳的利用率為88.12%，溫度950℃時，碳的利用率可達97.77%。

圖2 焙燒溫度對焙砂中金屬浸出率的影響

由圖2可知，在相同焙燒時間下，焙砂中釩、鋁、鉀的浸出率隨著焙燒溫度的升高有降低的趨勢，同時，在相同焙燒溫度下，延長焙燒時間，焙砂中釩、鋁、鉀的浸出率亦呈隨之降低的趨勢。綜合考慮碳的利用率和焙砂樣中釩、鋁、鉀浸出率，建議焙燒溫度為850℃左右。

2.2 焙燒時間的影響

焙燒條件：考察不同焙燒時間下碳的利用率。試驗結果如圖3、圖4所示。

浸出條件：焙砂粒度-200目占100%，在液固比L:S=4:1，浸出時間6 h，浸出溫度95℃，硫酸溶液2 mol/L，考察焙砂樣中釩、鋁、鉀金屬的浸出行為。試驗結果如圖5所示。

圖3 焙燒時間對高碳石煤釩礦的影響

圖4 溫度800 ℃焙燒時間對高碳石煤釩礦的影響

由圖3、圖4可知，高碳石煤的燒失率及碳利用率均隨著焙燒時間的延長而增加；固定焙燒溫度為800℃，當焙燒時間延長至120 min時，碳的利用率達到99.61%，說明有足夠的焙燒時間，石煤中的碳元素可燃燒殆盡。

圖5 焙燒時間對焙砂中金屬浸出率的影響

由圖5可知，在高碳石煤礦800～900℃焙燒溫度范圍內，焙砂樣的釩、鋁、鉀浸出率隨著時間延長呈逐漸降低的趨勢，而碳的利用率趨勢則與之相反。綜合考慮，建議高碳石煤原礦焙燒時間為30 min。

2.3 焙砂樣的XRD分析

對高碳石煤600℃、700℃、800℃、900℃的焙砂樣進行了XRD分析，詳情分別如圖6、圖7、圖8和圖9所示。

高碳石煤焙砂樣的XRD圖表明，在600℃、700℃、800℃及900℃焙砂樣XRD均顯示為SiO2（Quartz），在焙燒溫度900℃時石英的衍射峰強度明顯減小，說明高碳石煤在900℃下焙燒時，石英晶型發生變化或石英已經發生相關反應。

圖6 600℃石煤釩礦焙砂的XRD圖譜

圖7 700℃石煤釩礦焙砂XRD圖譜

圖8 800℃石煤釩礦焙砂XRD圖譜

圖9 900℃石煤釩礦焙砂XRD圖譜

3 結論

焙燒溫度、焙燒時間對從焙砂中浸出釩、鋁、鉀的影響較大。高碳石煤以發電為主，結合焙燒時碳的利用率，建議焙燒溫度為850℃，焙燒時間為30 min，此時碳的利用率88%，釩、鋁、鉀的浸出率分別大于85%、70%、60%。焙砂樣的XRD分析表明，在焙燒溫度900℃時，石英晶型發生變化或石英已發生相關反應。焙燒溫度過高、焙燒時間過長，均不利于釩、鋁、鉀的浸出。